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PROGRAMME DE FORMATIONPRG – 9 – 0001 Date : 10/ 11/ 05 sur 49

RADIOGRAPHIE INDUSTRIELLE

INTRODUCTION

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La bonne exécution d’un produit peut rarement être garantie sans inspection ou contrôle de qualité.A cette fin, la nécessité de disposer d’un système complet de contrôle non destructif s’impose d’autant plus lorsqu’il s’agit d’objets fabriqués, tels que des assemblages soudés, qui nécessitent un travail minutieux et un grand savoir faire. Les méthodes d’examens non destructifs sont nombreuses, seules quelques-unes permettent d’examiner des objets de part en part. L’une de ces méthodes et des plus utilisées est le contrôle par radiographie. Les clichés d’objets, obtenus par rayons « X » ou « » (gamma) servent à mettre en évidence les éventuelles causes des modifications ou réparations tel que : défauts internes, ou de surface.

1- Définition : C’est un essai non destructif qui permet de mettre en évidence des hétérogénéités physiques (criques, retassures, inclusions, etc.…) ou chimiques (ségrégations majeures d’éléments de numéros atomiques très différents) par absorption différentielle de rayons X et γ qui impressionnent une émulsion photographique. La lecture des différences de noircissement au négatoscope permet de détecter et identifier les défauts.

HISTORIQUE DES RAYONS « X »

Le 8 novembre 1895, le physicien allemand william Conrad Rœntgen découvrait une lumière nouvelle invisible à l’œil, mais traversant la matière. Cette nouvelle forme d’énergie fut appelée rayonnement X, car d’espèce inconnue.C’est ainsi que les rayons X ont été très rapidement utilisés en radiologie médicale et par la suite en radiologie industrielle.

En 1896 « Henri Becquerel » découvre que les sels d’uranium émettent des rayonnements capables d’impressionner une plaque photographique, à travers un écran, tout comme les « rayons X ». C’est la découverte de la « radioactivité naturelle ».

En 1898, Shmidt d’une part et Marie Curie de l’autre, découvre la radioactivité du « Thorium », puis « Pièrre et Marie Curie », isolèrent le « Polonium » et «le Radium ».En 1900, « villard et Becquerel » mettent en évidence les « rayons GAMMA ».

En 1933, « Irène et Frédéric Juliot Curie », découvre « la radioactivité artificielle ». A partir de 1947, on parvint à produire des quantités considérables « d’isotopes radioactifs ».

2- Le but du contrôle radiographique

C’est d’examiner la structure d’un matériau afin d’y déceler une quantité d’informations de différentes natures sans affecter d’aucune manière ce matériau .

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3 – Principe :

Le contrôle radiographique par rayonnements ionisants (X ou )d permet de détecter des défauts de compacité internes souvent très fins (fissures, soufflures, inclusions, manque de liaison, manque de fusion) dans les parois des matériaux métalliques. Les rayons électromagnétiques de faible longueur d'onde sont partiellement absorbés par les hétérogénéités du milieu en traversant la paroi du matériau irradié. Le faisceau impressionne le film radiosensible en fonction des rayonnements transmis à travers la pièce contrôlée pour donner naissance à l'image radiographique. La présence d'un défaut se traduit par une variation de l'absorption du rayonnement émis et donc à une variation de la densité optique du film au droit de l'image du défaut.

L’objet à examiner est placé entre une source de rayonnement et une émulsion photographique. Le noircissement du film dépendant de la quantité de rayonnement reçu, on obtient un cliché qui est l’ombre de l’objet (les variations de teinte correspondent aux variations d’absorption). Ces rayons se propageant en ligne droite, la formation des ombres est identique à celle observée avec les rayons

lumineux.

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Avantages :

Détection des discontinuités dans l’ensemble de la pièce.Laisse une trace sur image radiographique. Archivage dans le temps0

Inconvénients :

Installation relativement onéreuse.. Dangers liés aux rayonnements ionisants

• Personnel devant posséder dans certain cas le certificat d’aptitude a manipuler les appareils de radiographie industrielles (C.A.M.A.R.I.).

Notons qu’un rayonnement X ou Y est inodore, invisible, impalpable, indétectable par aucun de nos sens.

Radiologie industrielle

Emetteur

Objet

Récepteur

Sources de rayonnements ionisants « X » ou « d »(Ondes électromagnétiques)

Pièce à contrôler Eprouvette d’homologation (cas

de soudage) . Aux cours d’élaboration du produit (contrôle intermédiaire). Produit brut (moulage et

contrôle avant usinage). Maintenance (pièce ayant

fonctionnée). Après réparation.

Ecran fluorescent

Emulsion sensible (Film)

Radio(Emission d’ondes)

Scopie(Observation

visuelle)

Graphie(image

permanente)


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Schéma de principe

Domaines d’applications : Eprouvette d’homologation (cas de soudage) Aux cours d’élaboration du produit (contrôle intermédiaire). Produit brut (moulage et contrôle avant usinage). Maintenance (pièce ayant fonctionnée). Après réparation.

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4- Les sources de rayonnements

Les sources de rayonnements ionisants sont choisies en fonction de la nature des matériaux à contrôler, de l'épaisseur traversée, de la qualité d'image demandée et des conditions techniques de réalisation4- 1 - Le tube à rayons X :

Le tube radiogène ou tube de Coolidge est un tube en verre dans lequel règne un vide poussé. Il est alimenté en courant électrique et émet des électrons par échauffement d'un filament incandescent de tungstène de la cathode (potentiel négatif). Ce faisceau d'électrons est attiré par la différence de potentiel (plusieurs milliers de volts) vers la cible de l'anode ou anti-cathode (potentiel positif). L'impact des électrons sur la cible ou foyer électronique ou foyer thermique génère 99% de chaleur et 1% de rayons X. L'émission du rayonnement X résulte de la brusque décélération des électrons sur la cible métallique.

La qualité du rayonnement est déterminée par la tension d'accélération en kV.

La quantité de rayonnement est définie par l'intensité du courant en mA.Plus le rayonnement est pénétrant (faible longueur d'onde), moins le contraste est élevé.Les alimentations électriques des générateurs à rayons X sont de plusieurs types :

Auto redressée sous tension alternative (la plus courante)

Circuit VILLARD

Circuit GRAETZ

Circuit GREINACHER

Circuit à une diode

PRODUCTION DES RAYONS X (tension maximale 420 kV) :

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Industriellement, les rayons X sont produits par bombardement d’une cible métallique appelée anticathode, par un faisceau d’électrons accélérés sous une tension élevée. Un appareil à rayons X comprend essentiellement deux parties :

- Le tube à rayons X- Le générateur de haute tension

Le tube à rayons X (tube de Coolidge) :

Les tubes utilisés en radiologie industrielle se composent d’une enveloppe soit en verre soit en métal-céramique(moins encombrants, plus robustes), vidée de tout gaz (pression : 10-8 bar), dans laquelle sont incorporées deux électrodes : une cathode de potentiel négatif , une anode de potentiel positif (tube bipolaire) ou nul (tube unipolaire).La cathode comporte un filament de tungstène (Ø : 0.2 – 0.3 mm ) bobiné soit en hélice (tubes directionnels) soit en spirale ( tubes panoramiques) qui, chauffé par un courant de quelques ampères (la résistance du tungstène provoque l’incandescence du filament entre 1200 et 2000° C), émet des électrons par effet thermoélectronique.La différence de potentiel élevée qui règne entre l’anode et la cathode produit un champ électrique dans lequel les électrons libérés au voisinage du filament sont accélérés vers l’anode.Le courant électronique est focalisé d’abord par une autre pièce métallique située au voisinage de la cathode appelée cupule de concentration qui porte une partie concave tournée vers l’anode.(les électrons sont concentrés par les lignes de force du champ électrique vers le foyer)Au point d’impact du faisceau électronique sur l’anode se trouve sertie une pastille d’un métal à haut point de fusion appelée anticathode. En la percutant, le faisceau d’électrons cède son énergie cinétique qui se transforme principalement en chaleur. Une faible partie seulement de l’énergie des électrons ( de l’ordre de 1%) est convertie en rayons X , émis dans toutes les directions de l’angle solide limité par la surface de l’anticathode. Une partie de ce rayonnement est atténuée ou arrêtée par les différents obstacles constituant l’appareil (parois du tube, filtres en plomb, isolant, gaine, fenêtre, etc.). Le constructeur calcule l’épaisseur de ces matériaux et l’exprime en épaisseur équivalente métal (aluminium, cuivre, acier, plomb, etc. ) appelée filtration inhérente . Le faisceau d’électrons :

L’importance de l’émission thermoélectronique est étroitement liée à la température du filament. On utilise une tension de l’ordre de 6 à 15 volts et un courant de 3 à 5 ampères. Cette puissance de chauffe est fournie par transformateur abaisseur de tension ou dévolteur. Le courant de chauffage est contrôlé par un rhéostat placé dans le circuit primaire.Le tungstène qui constitue le filament a un point de fusion ( environ 3400°) lui permettant de résister à l’altération par vaporisation (plusieurs milliers d’heures de fonctionnement).L’anticathode et le foyer :

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L’anticathode est généralement en tungstène pour supporter un échauffement important. La surface de l’anticathode bombardée par le faisceau d’électrons s’appelle le foyer thermique. La puissance reçue par unité de surface de foyer thermique s’appelle charge focale (exprimée en watts/mm2) Le faisceau de rayons X qui sort du tube est généralement perpendiculaire au faisceau d’électrons qui frappe l’anticathode. Dans un tube directionnel, l’anticathode est inclinée par rapport à la direction des électrons d’un angle de 60 à 70°. La projection du foyer thermique sur un plan perpendiculaire à l’axe du faisceau de rayons X est appelée foyer optique.Si S est l’aire du foyer thermique, l’air du foyer optique est : s = S sin αL’angle α appelé pente de l’anode, est l’angle aigu formé par l’axe de la fenêtre et le plan tangent au foyer.

Le refroidissement du tube : Le dégagement de chaleur qui accompagne l’émission de rayons X est considérable. C’est le problème de refroidissement des tubes qui limite pratiquement leur puissance. Ce refroidissement doit donc être réalisé avec soin.Plusieurs systèmes sont utilisés :Refroidissement à l’air ou au gaz : Dans ce type de refroidissement, la chaleur est évacuée du tube cathodique par une rallonge en cuivre de l’anode. Un ventilateur assure le refroidissement de cette rallonge en créant un courant d’air ou de gaz (par exemple, l’hexafluorure de soufre SF6, bon isolant électrique).Refroidissement au moyen de liquides : Une circulation de liquide au voisinage immédiat de l’anode assure l’évacuation de la chaleur. Lorsque l’anode est à la terre, ce liquide est de l’eau dont la chaleur spécifique est élevée. Avec des tubes bipolaires, on utilise de l’huile qui a l’avantage d’un grand pouvoir isolant. Dans certains montages, cette huile peut en outre être refroidie par le courant d’eau d’un échangeur. La circulation du liquide est en général assurée par une pompe. Des dispositifs de sécurité coupent l’arrivée du courant lorsque la température de l’huile est trop élevée ou lorsque le débit d’huile ou d’eau descend au-dessous d’une certaine valeur.

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Une circulation de liquide donne un meilleur refroidissement qu’un courant gazeux. Par contre, l’augmentation de poids qui en résulte peut être un inconvénient important lorsque le tube doit être déplacé sur chantier.Tubes à anode tournante : On peut utiliser un système où l’anode est animée d’un mouvement de rotation. La surface bombardée de l’anticathode change à chaque instant. La puissance admissible se trouve considérablement augmentée par rapport à un foyer fixe et la durée de vie de l’anticathode sera plus longue.La haute tension : La haute tension nécessaire pour accélérer les électrons du filament vers l’anode est fournie par un transformateur élévateur de tension ou survolteur, alimenté par le secteur (220 Volts alternatif).La plupart des tubes utilisés en radiologie industrielle sont de type bipolaire : la tension par rapport à la terre, aussi bien à ‘anode qu’à la cathode, est égale à la moitié de la haute tension U appliquée (exemple : U = 200 kV => -100 kV à la cathode et +100 kV à l’anode). Ce système facilite l’isolement de la haute tension mais le refroidissement nécessite un fluide isolant (huile ou gaz). La fenêtre du tube est alors nécessairement au centre du tube. Certains tubes, en particulier les tubes à anode longue, sont du type unipolaire, l’anode étant à la terre et la cathode supportant seule la haute tension. Le refroidissement peut alors se faire à l’eau sans inconvénient.D’une façon générale, le tube n’émet des rayons X que lorsque l’anode est positive par rapport au filament. Il est donc nécessaire de redresser la tension alternative du secondaire du transformateur survolteur. Plusieurs solutions peuvent être utilisées :Circuit auto - redresseur : Dans ce cas, le tube est connecté directement au secondaire du transformateur. Les rayons X ne sont produits que pendant la demi période de la tension alternative où l’anode est positive. Le tube fonctionne alors comme une sorte de diode et constitue lui-même son propre redresseur. Le refroidissement est ici particulièrement important : la température atteinte par l’anticathode ne doit pas lui permettre une émission d’électrons qui détruirait rapidement le filament par bombardement.

Circuit à une soupape ( Kénotron ) : Le Kénotron est un tube électronique spécial qui permet de redresser les courants alternatifs de haute tension. Il comporte un filament et une anode. L’écoulement des électrons entre le filament et l’anode n’a lieu que durant la demi période pendant

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laquelle l’anode est positive. Aucun courant inverse ne peut traverser ce tube même sous une tension élevée. Avec un tel tube redresseur, la haute tension n’est délivrée au tube à rayons X que pendant une demi période : il s’agit d’un redressement à simple alternance.

Redressement à double alternance : Deux kénotrons (ou quatre kénotrons du circuit Graetz) peuvent suffire à obtenir un redressement à double alternance. Le courant passe dans le même sens dans le tube à rayons X au cours des deux alternances de la tension du transformateur.

Circuit Villard : Le circuit Villard comporte un Kénotron et deux condensateurs. C’est un circuit doubleur de tension. Quant le courant d’électrons suit le sens des flèches en trait discontinu, les deux condensateurs se chargent. Pendant l’autre demi période, le courant change de sens (flèches en trait plein) et traverse le tube à rayons X. La tension aux bornes du tube à rayons X atteint le double de la tension de crête du transformateur car la tension du secondaire s’ajoute aux tensions développées aux bornes des deux condensateurs.

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Circuit Greinacher : Il s’agit encore d’un circuit doubleur de tension. Le tube à rayons X est monté en parallèle avec deux condensateurs, eux-mêmes montés en série. Au cours d’une demi - période, le condensateur C1 se charge à travers K1 tandis que K2 est bloqué. Le condensateur C2 se charge pendant l’autre demi période. C1 et C2 ne se déchargent qu’à travers le tube à rayons X. Comme ils sont en série, leurs potentiels s’ajoutent pour donner une tension du tube qui ne varie que très faiblement et qui est pratiquement le double de la tension du transformateur.

Les différents montages que nous venons de schématiser sont de très grande importance pratique. Les unités portatives de rayons X utilisent généralement des circuits auto redresseurs. Les circuits à tension redressée sont utilisés surtout dans les postes fixes. Le circuit Greinacher à tension quasi-constante produisent un rayonnement X très énergétique (sous 300 kV on peut contrôler jusqu’à 60 mm d’acier) alors que les autres montages conduisent à une proportion relativement élevée de rayons mous. Des améliorations récentes dans la stabilité de la tension de

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crête ont été obtenues par l’utilisation d’une alimentation en haute fréquence qui met à profit les développements de la technologie des thyristors à haut rendement. On obtient des ondulations de la tension de crête nettement inférieures à 1% sans utilisation de condensateurs de filtrage.

Installation générale :

La cuve :

Les différents éléments d’un générateur à poste mobile sont rassemblés dans un cylindre métallique, la cuve, qui laisse passer les rayons X par un hublot en verre ou en béryllium. Le béryllium, moins absorbant que le verre, est adopté pour les générateurs à faible tension.La cuve contient le tube à rayons X, le transformateur haute tension et le fluide isolant ( gaz ou huile). Ce fluide est éventuellement utilisé pour le refroidissement de l’anode.Les cuves à l’huile sont d’abord vidées d’air puis remplies par de l’huile déshydratée et dégazée. En fin de fabrication, on met les cuves en légère dépression en soutirant une petite quantité d’huile. A l’usage, il convient d’être attentif à tout suintement éventuel d’huile, qui pourrait être l’indice d’une entrée d’air. De même, la décomposition de l’huile par claquage peut provoquer l’apparition de bulles de gaz à l’intérieur de la cuve. La présence de ces bulles de gaz interdit tout emploi ultérieur (les bulles peuvent être décelées par la fenêtre de la cuve, lorsque celle-ci est dirigée vers le haut).Les cuves à gaz, également vidées d’air, sont remplies par le fluide isolant sous une pression de 2,5 bars à 20°C. Avant toute mise en marche, le manomètre doit indiquer, à la température du local, une pression minimale prévue par la fiche technique de l’appareil.Dans les postes mobiles de faible puissance (moins de 200 kV), les cuves sont remplies d’huile.Dans les appareils plus puissants, l’isolement est assuré par du gaz, plus léger.Dans les postes fixes où les considérations de manutention ne s’imposent pas, on utilise l’huile qui assure un refroidissement plus efficace.Pour faciliter la mise en place de la cuve par rapport à la pièce à contrôler, la fenêtre, en général, est munie d’un dispositif de centrage utilisant tantôt un faisceau lumineux tantôt une canne télescopique.

Les accessoires du générateur :

Les générateurs de rayons X, selon la puissance et l’utilisation, sont fixes ou mobiles. Dans les postes fixes, toute l’alimentation électrique est indépendante du tube et reliée à lui par des câbles qui, pour les fortes tensions, sont lourds et relativement rigides. Dans les générateurs monoblocs, mobiles, la cuve est reliée au poste de commande par un câble basse tension à conducteurs multiples. Ces derniers appareils sont beaucoup plus maniables : on leur donne la préférence pour le contrôle en atelier ou sur chantier.L’utilisation du générateur de rayons X requiert un certain nombre d’appareils de réglage et de contrôle qui, dans les appareils fixes, sont placés sur un pupitre de commande qui comprend ordinairement :

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- un kilovolt mètre qui indique la valeur de la haute tension- un milliampèremètre qui donne le débit électronique du tube- une minuterie qui permet de régler le temps d’exposition- une prise de câble d’alimentation- une prise de câble de liaison poste de commande – transformateur- une prise de câble de liaison des dispositifs de détection et balisage- des voyants lumineux- des systèmes de sécurité (empêchant : excès de débit, surtension, etc.…)

Le pupitre est placé en général dans une cabine protégée par un revêtement de plomb ou par des parois épaisses en béton vibré. L’opérateur surveille les opérations à travers une fenêtre obturée par du verre en plomb.Dans les générateurs

Tube

Refroidissement IsolantFoyer

optique (mm)

Rythme de travailU max

(kV)I max (mA)

100 6 Bain d’huile Huile 1,4x1, 415mn pose5mn d’arrêt

140 5 Bain d’huile Huile 1,5x1, 52mn pose

2mn d’arret

200 3 Bain d’huile Huile 2x2 50%

200 10Injection

huile+refr huile par échangeur

Huile 3,2x3, 250% sans refr.

eau, illimité avec refr. eau

300 3Circulation

forcée de gazGaz 2,2x2, 2 50%(5mn+5mn)

300 14Injection huile

+refr .eauGaz 3,6

50%(2mn+2m sans refr. eau,

Illimité avec refr. eau

400 3 Injection huile+refr.eau

Gaz 1,5x1, 5 50%(5mn+5mn) sans refr. eau illimitée avec

refr. eau 400 10 Injection

huile+refr.eauGaz 4x4 50%(5mn+5mn)

sans refr. eau illimitée avec

refr. eauExemples d’installation : Tableau résumant la caractéristique de construction et d’utilisation de quelques installations courantes

Les différents types d'irradiation des tubes à rayons X :

Irradiation directionnelle

Irradiation panoramique orthogonale

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Irradiation panoramique non orthogonale

Irradiation panoramique à anode longue

Irradiation directionnelle à anode tournante

Panoramique orthogonale Panoramique non orthogonale

Directionnelle Panoramique à anode longue

Directionnelle à anode tournante

Spectre d’émission d’un tube à rayons XLa quantité de rayons x produits dans un tube radiogène dépend de (1) la quantité d’électrons lancés sur la cible, (2) de leur énergie cinétique (pour l'émission générale) et (3) de la taille du noyau. L'atome utilisé dans la majorité des tubes radiogènes utilisés en radiodiagnostic est le Tungstène (W). La majorité des rayons x sont produits par l'émission générale dont l'énergie varie entre 0 et l'énergie cinétique

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des électrons et dont la quantité relative varie inversement de leur énergie. Les rayons x de faible énergie sont très vite arrêtés par les matériaux qui entourent la cible et sont exclus du faisceau utile qui sort du tube. Ces 2 élements explique la forme en cloche du spectre d'émission des rayons x qui sortent d'un tube radiogène.Le pouvoir de pénétration des rayons X croit avec leur énergie, donc diminue lorsque la longueur d’onde augmente. On appelle rayons durs, rayons à courte longueur d’onde et rayons mous ceux dont la longueur d’onde est relativement grande. Le pouvoir de pénétration des rayons X augmente avec l’augmentation de la tension appliquée au tube.Spectre observéLe nombre de photons émis en fonction de la longueur d’onde λ comprend, dans le cas général, deux parties bien distinctes :

Un fond continu : (émission générale)

L'émission générale est le mode principal de formation des rayons x en radiologie. L'émission générale se produit lorsque l'électron passe à proximité du noyau et se trouve attiré par sa charge. L'électron est dévié et ralenti. La perte d'énergie engendrée se retrouve sous la forme de l'émission d'un ou de plusieurs rayons X.

L'énergie des rayons x dépend de 3 paramètres : 1. L'énergie cinétique de l'électron, 2. L'attraction du noyau, c'est à dire sa charge (Z), et 3. La distance entre l'électron et le noyau, qui est aléatoire.

Les rayons X ainsi produits peuvent avoir toutes les énergies possibles entre 0 et l'énergie cinétique des électrons.

Raies caractéristiques : (émission caractéristique) L'émission caractéristique est un phénomène mineur dans la production des rayons x. Lors d'émission caractéristique, l'électron incident vient percuter un électron d'une couche profonde (souvent K) et parvient à l'éjecter. Le "trou" laissé est très vite comblé par le passage d'un électron d'une couche plus périphérique (L ou M) vers la couche profonde incomplète. Ce déplacement est dû aux différences d'énergie de liaison entre les couches électroniques. La différence d'énergie de liaison entre les 2 couches se retrouve sous la forme de l'émission d'un rayon X. L'énergie de liaison des

électrons étant unique pour chaque couche et chaque atome, le spectre d'énergie des rayons x émis est caractéristique de l'atome en question. Il s'agit d'une émission dont l'énergie ne dépend que de l'atome constituant la cible.

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Influence de la nature de l’anticathode et de l’alimentation du tube

La quantité de photons émis par un tube dépend beaucoup du numéro atomique Z du métal qui constitue l’anticathode : les éléments lourds ont un rendement bien meilleur que les éléments légers. L’anticathode des tubes radio gène utilisés en radiologie industrielle et généralement en tungstène. Influence de haute tension U

Variation de la longueur d'onde des rayons X en fonction de la tension du tube

Influence du courant électronique i

Variation du rayonnement en fonction de l'intensité appliquée à la cathode,pour une tension constante

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Méthode du sténopé :

C’est une méthode qui est définie pour déterminer les dimensions du foyer optique

Description de la méthode :

Un film enfermé dans une cassette sans écran renforçateur, est placé à une distance d’environ 1 mètre du foyer. Une plaque de plomb, percée en son centre d’un trou de diamètre aussi petit que possible (inférieur à 0.5mm) est interposée entre le foyer et le film. La distance entre le foyer et la plaque est choisie beaucoup plus petite que la distance entre la plaque et le film, par exemple dans le rapport de 1 à 4 (20cm et 80cm). La plaque et le film doivent être perpendiculaires à l’axe du cône de rayonnement et le trou bien centré par rapport à cet axe. Après une exposition de courte durée mais qui permet de donner une image bien visible de la forme et éventuellement des défauts du foyer sur le film, on mesure cette image qui est normalement agrandie de quatre fois par rapport aux dimensions réelles du foyer. (Aucune correction n’est nécessaire si le diamètre du trou est inférieur à 0.5mm et si les dimensions du foyer sont supérieures ou égales à 4mm).

(1) : foyer(2) : flux d’électrons(3) : plaque de plomb percée d’un trou (sténopé)

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(4)

(1) (2)

(3)

(5)


(4) : film(5) : image du foyer

Caractéristiques des sources radioactives

Energie des rayons émis Le rayon gamma est éjecté du noyau avec une certaine énergie exprimée en KeV ou en MeV.L’énergie ou les énergies émises sont caractéristiques du radioélément..Le Cobalt 60, émet à chaque désintégration deux rayons de 1,17 et 1,33MeVLe Césium 137, émet des rayons à 0,66MeVL’Iridium 192, émet des rayons de 0,3 à 0,6 MeVLe Thulium 170, émet des rayons de 0,084 MeV

ActivitéL’activité d’une source radioactive représente le nombre de désintégration d’atomes par unité de temps

L’unité usuelle est le Curie (Ci) 1Ci →37.109 désintégrations par seconde.

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SOURCES DE RAYONNEMENT GAMMA


L’unité légale est le Becquerel (Bq) 1Bq→ 1 désintégration par seconde.

La correspondance entre le Curie et le Becquerel 1Ci = 37. 109 Bq

100Ci = 3,71012 Bq =3,7 T Bq (Téra Bq)

1T Bq ≈ 27 Ci

Décroissance radioactive : notion de période

L’activité d’une source est une fonction décroissante du temps. A restante = A initiale. e -λt

Ar = Ai. e -λt

Ai → activité initiale. Ar → activité restante après un temps écoulé t.

λ→ constante caractéristique du radioélément appelée « constante radio active »

La période T, d’une source radioactive est l’intervalle de temps au cours duquel l’activité est réduite de moitié. Ar = Ai . e -0,693t/T

Dans laquelle T et t doivent être exprimés avec la même unité.

Si on exprime le temps écoulé en nombre de périodes la relation peut s’écrire : Ar = Ai / 2 n avec n = t/T

La période T, est caractéristique du radioélément dont est constituée la source.

COBALT 60 = 5 ans et 3 mois Iridium 192 = 74 jours Césium 137 = 30 ans

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Thulium170 = 127 jours

Constante spécifique d’un rayonnement gamma

La constante spécifique C d’un rayonnement gamma issue d’une source radioactive (constante spécifique de la source) est le débit d’exposition àun mètre d’une source dont l’activité est égale à l’unité.

C = 1,3 R/h à 1m pour 1Ci. Co60 C = 0,5 R/h à 1m pour 1Ci Ir192

Activité spécifique

L’activité spécifique d’une source radioactive est l’activité par unité de masse, elle s’exprime en Ci/g.

Notion sur la préparation des radioélèments

Production par bombardement nucléaire

Ir 191 + 1 neutron ------------ Ir192 Co 59 + 1 neutron ------------ Co 60

Au bout d’un temps t de bombardement neutronique, l’activité obtenue vaut :

A = A sat (1- e -0,693t/T)

Pour t = 2T l’activité atteinte, qui sera l’activité initiale de la source, est d’environ 75% de l’activité à saturation A sat.

Temps d’irradiation aux neutrons thermiques

ACTIVITES SPECIFIQUES OBTENUES

Co 60 Ir 192

AU BOUT DE 7 JOURS 0,24 Ci / g 17 Ci / g

AU BOUT DE 30 JOURS

1,1 Ci /g 60 Ci / g

A LA SATURATION 100Ci /g 310 Ci / g

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Production par fission :

U 235 + 1 neutron --------- Cs 137 + …….

LE LABORATOIRE SYNOPTIQUE

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LE LABORATOIRE SYNOPTIQUE

LABORATOIRE DE DEVELOPPEMENT FILMS


LE FILM RADIOGRAPHIQUE

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1 –Révélateur 2 –Rinçage ou bain d’ arrêt3- Fixateur4- Lavage 5 – Agent mouillant

1/ Support en polyester2/ Sous couche adhésive3/ émulsion 31 Cristaux d’halogénures d’argent 32 Gélatine4/ Couche protectrice.


SENSITOMETRIE

COURBE CARACTERISTIQUES D’UNE EMULSION:

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Le débit de dose varie de façon inversement proportionnelle au carré de la distance à la source : D°1 d1

2 = D°2 d22

Exemple: D° = 20 rad/h à 2 mD°2 = 5 rad/h à 4 m

LA TELECOMMANDE :

Elle réduit de plus de 200 fois le « débit de dose à 1mètre »

INFLUENCE DE LA DISTANCE


La courbe d’une émulsion radiographique ou courbe sensitométrique, est la représentation graphique de la fonction :

d = f (Logx)

d : densité optique de noircissementx : valeur de l’exposition, exprimée en « C/Kg »

Afin de tracer cette courbe il suffit d’utiliser : une émulsion radiographique une source de rayonnement d’énergie spécifiée une cale à gradin un traitement spécifié.

Après traitement on mesure à l’aide d’un densitomètre les densités obtenues et on peut tracer ainsi la courbe.

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1.2 Zone de sous exposition (pied de la courbe)2.3 Zone d’exposition de travail3.4 Zone de surexposition (épaule de la courbe)4.5 Zone de solarisation

DENSITE DE NOIRCISSEMENT :

Transmission et opacité : Un film regardé par transmission reçoit une quantité de lumière « I0 » ; Absorbant la lumière, il ne laissera passer que « It » :

Transmission T= It / I0

Opacité O= I0 / It

DENSITE « d » exprime le degrés de noircissement d’un radiogramme .C’est le logarithme décimal du rapport du flux lumineux incident au flux lumineux transmis à travers un objet .

d= Log10 I0 /It

voile de base = densité obtenue après développement sans exposition

« d » du support = densité du film après l’avoir développer dans le fixateur uniquement.

Voile chimique =voile de base – « d » du supportLe contrôle des voiles doit être effectué 1/an selon la spécification et dans tous les cas à chaque changement de lampe.

Variations de la courbe :

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a) Variation de forme : les paramètres influençant le changement de forme sont : Le type d’émulsion radiographique (plus le film est sensible, plus sa pente est importante).Les conditions de traitement (plus le temps ou (et) la température du révélateur augmente, plus la pente augmente et se déplace vers l’origine).Le système de renforcement : (le temps d’exposition d’un film exposé sans écrans ou avec écrans métalliques, est beaucoup plus important que celui exposé avec écran fluorescent).

b) Variation de position : seule l’énergie est le paramètre influençant la variation de position (plus l’énergie augmente, plus la sensibilité du film radiographique diminue et donc plus la courbe se déplace vers la droite.

SENSIBILITÉ D’ UNE EMULSION RADIOGRAPHIQUE :

C’est la mesure quantitative de la réponse d’un film à une énergie donnée dans les conditions normalisées .Elle ne doit pas être confondue avec la sensibilité de détection des défauts.Elle se déduit de la valeur « X » de l’exposition exprimée en « Coulomb/Kg », nécessaire pour obtenir après traitement une densité de « 2 », par application de la formule suivante :

S = 10-2 / X

Et pour simplifier les calculs der temps d’exposition, il est préférable de travailler en « Rontgen » ; et la relation devient :

XR = 38,8 /S

« La fiche d’identification » d’un lot de films , à pour but de situer les caractéristiques de ce lot d’émulsions, par rapport à la valeur nominale du type de film dont la sensibilité et le contraste moyen sont exprimés selon les normes.La relation deviendra enfin :

XR = 38,8 /S(%)

Soit un film dont la sensibilité à 220KeV est de 23. La fiche d’identification indique que l’écart de sensibilité pour ce film est de –5% . Calculer l’exposition en

« Rontgen » pour une densité de 2XR = 38,8 /23 - (5% de 23)XR = 1,78R

LE CONTRASTE D’ UNE EMULSION

RADIOGRAPHIQUE

(Gradient ou contraste film)

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C’est la valeur de la pente de la droite tangente en un point donné de « la courbe caractéristique ».

-SI d ↑ contraste ↑ -Gamma : pente maximale de la tangente à la courbe caractéristique-Le système de renforcement, le traitement, le type de film font varier la valeur du contraste d’une émulsion.

CONTRASTE MOYEN(gradient moyen, ou facteur de contraste)

Le contraste moyen « G » s’exprime par la pente de la droite joignant les deux points de densité 1,5 et 3,5 sur la courbe caractéristique de noircissement .

G = 2 / LgX et G = a /b = tg

LgX : Différence de logarithme d’exposition entre les expositions nécessaires pour obtenir les densité : 1,5 et 3,5 .

CONTRASTE OBJET (C.O)Ecart relatif de transmission du rayonnement entre deux zones considérés de l’objet.

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LE CONTRASTE IMAGE (C.I)Différence de densité optique entre deux zones considérées d’un radiogramme.

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Le contraste objet dépend de : La pièce examinée (nature,

atténuation, défauts visibles…)

La diffusion (si diffusion, le C.O ↓)

L’énergie incidente ( si E↑, le

C.O ↓ ) La filtration (si filtre, le C.O ↓ )

Le contraste objet apparaît en abscisse sur la courbe caractéristique

Sur la courbe caractéristique par exemple G défini pour 3,5 et 1,5

C.I = 3,5 – 1,5 C.I = 2

L’intensité incidente du négatoscope sera atténuée 100 fois plus à la densité d1 qu’à la densité d2 Le Contraste image apparaît en ordonnée sur la courbe caractéristique.

Le Contraste image dépend de :1 – Contraste objet , c’est à dire :

- La pièce examinée- La diffusion

- L’énergie (SI E ↑, C.I↓)

- La filtration ( SI filtre C.I ↓)

2 – Le type de film ( SI S ↑, C.I ↑)

3 – Les conditions de traitement (temps , température) (SI T ↑, C.I ↑)

4 – L’exposition ( SI TEMPS ↑, C.I ↑)


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Aptitude que possède un film radiographique à fournir une image interprétable, même lorsqu’elle est obtenue avec une exposition différente de l’exposition optimale.

Elle dépend de : L’énergie La pièce Le traitement La filtration Le film radiographique


LA LATITUDE DE POSE

VARIATION DE LA LATITUDE DE POSE EN FONCTIONDU TYPE DE FILM

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↓ LATITUDE DEPOSE ↑

↓ DENSITE OPTIQUE ↑

↑ CONTRASTE IMAGE ↓ ↑ SENSIBILITÉ DE DETECTION DES DEFAUTS ↓


LES ECRANS RENFORCATEURS

On distingue trois types :

Les écrans métalliques : ils sont les plus utilisés en radiographie industrielle. Les plus utilisés sont les écrans en « plomb » , mais à haute

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énergie d’autres matériaux sont utilisés tel que : « le nickel », « l’acier », « les alliages de cobalt », « le chrome », et « le tungstène ».

Les écrans fluorescents : appelés aussi écrans salins : ces derniers libèrent des photons lumineux de longueur d’onde déterminée (bleu et ultraviolet), lorsqu’ils sont irradiés. Ils permettent une très grande réduction du temps de pose ; ils sont surtout utilisés en radiographie médicale.

Les écrans fluorométalliques : c’est la combinaison astucieuse des deux premiers types d’écrans ; La couche métallique filtre et émet les électrons , et la couche fluorescente renforce l’énergie incidente.

1 – PIECE2 – CASSETTE3 – FILMS4 – ECRANS ANTERIEURS5 – ECRANS POSTERIEURS 6 – ECRAN INTERMEDIAIRE7 – ECRAN DE BLOCAGE8 – RAYONNEMENTS PARASITES 9 – RAYONNEMENTS PRIMAIRES

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RÔLE DU FILTREL e filtre à pour but de limiter les rayonnements les mois pénétrants évitant ainsi toute une partie de phénomènes de diffusion, donc augmentation de qualité d’image.Sa position est soit sur la pièce à contrôler ou sous la pièce dans la cassette rigide ou souple.Sa nature est : cuivre, aluminium, plomb.Payons « gamma », nature « Pb » , épaisseur 0,5mm.Pour les rayons « X » on ne filtre généralement pas, sauf pour les énergie supérieurs à 300KeV .

ECRAN INTERMEDIAIRE : utilisé lorsque la technique multifilm est adoptée.

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FACTEURS INFLUENCANT LA QUALITE D’IMAGE

La qualité d’image dépend de deux facteurs :Le contraste : différence de densité entre 2 zones considérées du radiogramme.La définition : netteté des contours des détails de l’image radiographique.

Définition Contraste

Energie (petite influence)Type de film (gros grains, grains fins)Flou géométrique (effet de pénombre)

La diffusion ou le retro diffuséLes écrans

Energie (grande influence)FiltreObjet

La diffusion

Le flou géométriqueDû à la non ponctualité de la source ou du foyer émissif de rayonnement.Il peut se rencontré sous différentes formes :

Distance foyer-film ou source-film trop faible Décalage axe du rayonnement et de la pièce Eloignement film Mouvement pièce Mouvement poste (tube radiogène) ou source (flou de mouvement).

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INDICATEURS DE QUALITE D’IMAGE (IQI)

Le but de la radiographie est la détection de défauts dans un matériau donné. Comme dans toutes les techniques de contrôle, il est nécessaire de disposer de critères pour vérifier la qualité du contrôle ainsi fait, et donc dans notre cas du radiogramme obtenu . Il est donc indispensable de contrôler la sensibilité et la précision de la technique utilisée et donc avant de procéder à la recherche des défauts sur le radiogramme, vérifier que les conditions de la prise de cliché donne la sensibilité nécessaire. L’I.Q.I est un petit dispositif constitué d’un matériau de nature identique (ou analogue au point de vue absorption du rayonnement) à celui de la pièce examinée. Ce dispositif est superposé à la pièce à radiographié coté source de rayonnement, son image apparaît sur le film, sa perception permet d’apprécier la technique à radiographier et la netteté de l’image.

SENSIBILITÉ « IQI » (exprimée en %) :

Ø du plus petit fil (trou) visible x 100

S% = Epaisseur à radiographier

Pus la sensibilité est petite plus la qualité est grande.

NOTE DU FILM ou INDICE DE VISIBILITÉ « N » :

N0 : numéro du fil (trou) qui correspond à la note zéro (le fil ou le trou dont Ø correspond 2% (5%) de l’épaisseur à radiographiée).N1 : numéro du plus petit fil (trou) visible lors de la lecture du radiogramme.La note du film ou l’indice de visibilité « N » est :

N = N1 – N2 SI N 0 La qualité est bonne , SI N 0 La qualité est insuffisante

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IQI SELON NF A 09200

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IQI ASME SE -142


AFNOR : NF A 04304

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Radiographie “ X”:

GAMMAGRAPHIE

t = temps d’exposition en heuresQ = facteur d’exposition en Ci. h à 1mètre (voir abaques)D = Distance source film en mètresK = Coefficient de rapidité du film ( voir tableau)N = Facteur correctif de densité ( voir ci-dessous)A = activité de la source en Ci = 1 → N = 0,49 = 1,5 → N = 0,73 = 2 → N = 1 = 2,5 → N = 1,2 = 3 → N = 1,4 = 3,5 → N = 1,7

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Calcul du temps de pose (avec abaque)

t = temps d’exposition en minuteQ = facteur d’exposition en mA/min à 0,7m (voir abaques)D = Distance source film en mètresK = Coefficient de rapidité du film ( voir tableau)N = Facteur correctif de densité ( voir ci-dessous)mA= débit maximal du tube radiogène = 1 → N = 0,6 = 1,5 → N = 1 = 2 → N = 1,4 = 2,5 → N = 1,9 = 3 → N = 2,3 = 3,5 → N = 2,6

Calcul du temps de pose (sans abaque)

2 x Q x D2 x K X N mA t =

Q x D2 x K X N A t =


NotaXR = 38,8 / S(%) Ir192/Acier X1/2 = 12mm (X 25mm)X1/2 = 13mm (25mm X 80mm)X1/2 est remplacé par X1/10 = 42mm (X 80mm) C O60/AcierX1/2 = 20mm (X 50mm)Ct : = 2,5 → Ct =1,2 . = 2,6 → Ct = 1,16 . = 2,7 → Ct = 1,12 = 2,8 → Ct = 1,08 . = 2,9 →Ct = 1,04. = 3 → Ct = 1 = 3,1 → Ct = 0,96 . = 3,2 → Ct = 0,92. = 3,3 → Ct = 0,88 = 3,4 → Ct = 0,84 . = 3,5 → Ct = 0,80.

Ir192 = 0,5 R/Ci.h à 1mètre Co60

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Calcul du temps de pose avec règle

t = temps d’exposition en heureXR = exposition en Roentgen , nécessaire pour obtenir après traitement une densité optique égale à 2D = Distance source-film en mètreX = épaisseur à radiographier en millimètre (tenir compte de l’épaisseur du filtre en plomb s’il existe)X1/2 = épaisseur de demi-atténuation en millimètre N = Facteur correctif de densité optique (voir précédemment)A = activité de la source en Ci = constante spécifique en Rœntgen par curie /heure à un mètre Ct = coefficient technique .


Utilisation : 1ere phase :faire coïncider l’activité de la source avec l’épaisseur à radiographier.2eme phase : lire le temps qui coïncide avec la « DSF » choisie. Le temps de pose trouvé est valable pour la densité spécifiée sur la règle .

LES DIFFERENTES TECHNIQUES DE TIR

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inscrit sur la règle :Activité .épaisseur. Distance. Source. Film (DSF)Le temps de pose .Densité .


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technolog i etechnologie.doctechnologie.doc

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